Керамический эндопротез коленного сустава

Сегодня мы полностью разберем вопрос: "керамический эндопротез коленного сустава" с точки зрения узких специалистов.

Осуществляем выбор эндопротеза коленного сустава

Эндопротез коленного сустава представляет собой биологически совместимую искусственную конструкцию, заменяющую естественные составляющие колена. Процедура протезирования является настоящим спасением в тех случаях, когда утрачена подвижность нижних конечностей, а консервативная терапия не гарантирует полного восстановления.

Показания и ограничения к проведению операции

При нарушении функциональных способностей коленного сустава человек с трудом может согнуть или разогнуть ногу, а любое движение конечностью сопровождается болевыми ощущениями. Чтобы избавиться от боли и вернуть подвижность суставу, проводят эндопротезирование.

Показаниями к операции являются неэффективность медикаментозного лечения и необратимые изменения суставной формы. Чаще всего операция по эндопротезированию проводится при наличии таких заболеваний, как:

Эти патологии на поздних стадиях плохо поддаются консервативному лечению. Показаниями к хирургическому вмешательству также служат инфекционные поражения коленного сустава, возрастные изменения и тяжелые травмы колена.

Однако существуют и противопоказания к установке коленного эндопротеза. К ним относятся:

  • воспалительный процесс в хрящевых тканях сустава за 1–2 месяца до операции;
  • почечная недостаточность;
  • патологии сердечно-сосудистой системы, органов кроветворения;
  • заболевания сосудов нижних конечностей;
  • онкологические заболевания на поздних стадиях;
  • тромбофлебит;
  • гнойные инфекции;
  • психические расстройства;
  • ожирение.

Эндопротезирование противопоказано людям, страдающим хроническими инфекционными болезнями, такими как герпес, гайморит, бронхит и т. п. Однако после прохождения курса лечения при положительных анализах пациенту может быть назначена операция.

Виды эндопротезирования

Существуют следующие виды операции:

При частичном протезировании проводится замена выступающего костного образования с полным сохранением суставных связок. Этот вид операции назначается при незначительном поражении коленного сустава. Частичное протезирование проводят также людям пожилого возраста, которые ведут малоактивный образ жизни.

Уже через 1,5 месяца происходит полное восстановление функциональности колена. Пациент не чувствует болей, приседает, поднимается и спускается по ступенькам без чувства дискомфорта. Недостатком частичного эндопротезирования является необходимость частой замены искусственной конструкции. Срок службы эндопротеза при этом виде операции составляет 5–7 лет.

Полный искусственный сустав представляет собой сложную конструкцию из высокопрочных и износостойких металлических сплавов, керамики и композитных материалов. Протез полностью повторяет анатомическую форму коленного сустава и работает синхронно с движениями конечности.

Полная замена коленного сустава проводится при значительных травмах и прогрессирующих патологиях. Тотальная конструкция подходит молодым и активным людям. Срок службы качественного тотального протеза составляет 15–20 лет. К недостаткам этого вида протезирования можно отнести сложность операции, а также длительность восстановительного периода.

Показания к эндопротезированию коленного сустава

Эндопротезирование в 93% гарантирует восстановление функций суставов, значительно улучшает качество жизни больного.

При функциональных расстройствах коленного сустава изменяется амплитуда сгиба, любое движение сопровождается болью, меняется походка.

Медикаментозная терапия назначается только при начальных стадиях разрушения костно-хрящевых тканей, после операций, а также при невозможности проведения радикальных методов лечения.

Эндопротезирование — эффективный метод восстановления подвижности сустава, показанный при следующих состояниях и заболеваниях:

  • Артроз, в том числе деформирующий, анкилозирующий.
  • Остеоартроз с выраженными структурными изменениями тканей.
  • Ревматоидный артрит.
  • Хроническое воспаление синовиальной сумки или бурсит.

Практически все дегенеративно-дистрофические изменения костно-хрящевых тканей носят необратимый характер, а любая терапия эффективна лишь при своевременной диагностике.

Типы эндопротезов коленного сустава — их особенности

Все эндопротезы классифицируются на частичные, тотальные, фрагментальные, с установкой в незначительной части сустава.

Более подробная классификация выражается в следующих типах:

  1. Эндопротез с задней фиксацией сустава. Изделие изготовлено из прочного пластика и металла. Конструкция имеет приподнятую поверхность со штифтом в области большеберцовой кости. При подсадке изделие плотно соединяется с костью в области бедра, имитируя работу задней крестовидной связки. Движение протеза мягкие, плавные, а само изделие отличается долговечностью.
  2. Протез с сохранением крестовидной связки. Изделие подходит пациентам, у которых крестообразная связка не повреждена или изменена несущественно. У протеза нет штифта, однако это не мешает надежной фиксации и стабилизации коленного сустава.
  3. Частичные эндопротезы. Применяются при незначительных дегенеративно-деструктивных изменениях костно-хрящевой ткани коленного сустава, когда патологический процесс носит стремительный необратимый характер. Частичные протезы отличаются небольшими размерами, изготавливаются однополюсными.
  4. Подвижные протезы. Конструкция включает три основных фрагмента: основа, штифты, соединения. Подвижная платформа обеспечивает полноценную суставную подвижность. Такие пациенты возвращаются к полноценной жизни даже с полностью разрушенным коленным суставом. Однако, такая модель протезов подходит пациентам с развитой мягкой тканью. В обратном случае, эндопротез быстро расшатывается и требует замены.
  5. Коленный эндопротез с неподвижной платформой. Распространенная модель, имеющая массивную конструкцию из полиэтиленовой части большеберцовой кости и металлической платформы. Изделие устанавливается чаще всего, однако не подходит пациентам с избыточным весом и лицам, которые заняты активным физическим трудом.

Гендерные имплантаты

Проявите интерес к процессу подбора устройства, вживляемого в ваше тело. На рынке их представлено около 150 видов. Консультирующий хирург должен ответить на имеющиеся вопросы, подвести к выбору идеального протеза, соответствующего возрасту, весу, особенностям анатомии, активности пациента.

Это протезы для тотального протезирования с использованием черной керамики под торговым названием Oxinium. Они более долговечны, но не рекомендованы полным людям из-за хрупкости.

Учитывайте, что некоторые виды устройств сочетаются только с определенными хирургическими методами. Если вы выбрали малоинвазивную хирургию, придется сузить выбор хирургов и доступных имплантатов.

А этот протез — тоже из материала Oxinium, но для частичной замены коленного сустава, когда поражен только один мыщелок.

  • Делает доступным обычный диапазон движений;
  • носится 15-20 и более лет;
  • имеет отличные отзывы, используется на практике минимум 5-10 лет;
  • отвечает вашему состоянию, потребностям, любым дополнительным требованиям (например, подходит для людей с аллергией на никель);
  • бренд, стиль выбранного устройства знакомы оперирующему хирургу.

Наглядное сравнение: как выглядит после определенного срока службы поверхность металлического импланта (слева) и керамического (справа).

Естественный коленный сустав состоит из трех отсеков:

  • медиального (внутренняя сторона колена);
  • бокового (внешняя сторона);
  • бедренного (под коленной чашечкой).
Читайте так же:  Плазмолифтинг суставов отзывы пациентов

Компоненты импланта коленного сустава.

Частичное и полное эндопротезирование колена.

  1. Большеберцовый компонент . Плоский элемент, закрепляемый к верхней части голени. Изготавливается в виде металлической платформы с полиэтиленовой (пластиковой) вставкой. Материалом для изготовления — мягкий металл, например, титановый сплав.
  2. Бедренный компонент – крупная, изогнутая часть имплантата, закрепляемая в бедренной кости. Изготавливается из металла или керамики, чаще из прочных сплавов кобальта и хрома, потому что эта часть участвует в большинстве движений.

Схема установки одномыщелкового протеза коленного сустава. Эта техника имеет некоторые преимущества перед тотальной, хотя многие пациенты считают, что она лучше.

  1. Коленный компонент – куполообразная часть, заменяющая поврежденную коленную чашечку, трущуюся о бедренную кость. Используется не при всех видах суставной хирургии, изготавливается из полиэтилена (прочного пластика).
  2. Пластиковая прокладка . Располагается между большеберцовой и бедренной частью. Изготавливается из пластика (полиэтилена). Эта гибкая распорка обеспечивает гладкую, скользящую поверхность для обновленного коленного сустава, позволяет ему изгибаться и гнуться.

Производители разрабатывают имплантаты на основании усредненных размеров. Это обычно сужает выбор до 2-3 подходящих протезов. Однако некоторые компании, например, Zimmer и Biomet, производят модели, различаемые по признаку пола. По их словам, продукция позволяет учитывать и корректировать анатомические различия между мужчинами и женщинами.

Пример «женского» импланта коленного сустава компании [email protected] Визуальных отличий от обычного не найти.

При подборе эндопротеза врачи в большей степени смотрят на его конструкцию и тип фиксации. Именно от этих двух характеристик и зависит успех эндопротезирования. В то же время установка неподходящего импланта может привести к неудовлетворительному результату операции и нежелательным осложнениям.

Отметим, что большинство опытных врачей в своей практике использует протезы 2-3 производителей. Это дает свободу выбора и одновременно позволяет специалисту хорошо изучить особенности каждой модели. Так что если ваш лечащий врач работает с какими-то определенными эндопротезами – выберите вариант среди них. Не вынуждайте хирурга ставить малознакомую для него модель.

Таблица 1. Основные принципы подбора эндопротеза.

Характеристики Вариации Особенности использования
Материал Металлические компоненты (бедренный, большеберцовый, надколенниковый) производят из сплавов на основе титана или кобальта-алюминия . Для изготовления амортизационного вкладыша используют ультравысокомолекулярный полиэтилен. Более качественными, прочными и износостойкими считаются эндопротезы из титановых сплавов. Большинство мировых производителей делает импланты именно из таких материалов. Если у вас есть возможность выбора – отдавайте предпочтение протезам из титана.
Тип фиксации Сегодня в ортопедии и травматологии используют импланты с цементной и бесцементной фиксацией. Для установки первых используют специальный полимерный цемент, вторые имплантируют по методу press fit (путем «плотной посадки»). Цементные эндопротезы чаще ставят людям пожилого возраста, которые страдают системным остеопорозом.

Импланты с бесцементым типом фиксации рекомендуют молодым пациентам, а также лицам с нормальной плотностью костной ткани и узким каналом бедренной кости.

Подвижность платформы Существует два типа конструкции протеза коленного сустава: Fixed Bearing и Mobile Bearing . Для первого характерно плотное соединение полиэтиленового вкладыша и металлического тибиального компонента. Второй вариант предусматривает определенную свободу движений платформы. Пенсионерам и людям, ведущим малоактивный образ жизни, специалисты рекомендуют протезы с фиксированным вкладышем. Конструкция Mobile Bearing требует более сильной поддержки со стороны мягких тканей и связок. Следовательно, ее устанавливают преимущественно молодым и активным людям.

Что касается лиц с избыточной массой тела, им также больше подходит вариант с мобильной платформой.

Наиболее известными производителями эндопротезов являются компании Biomet , Zimmer , Stryker, Aesculap , Johnson

Современные эндопротезы коленного сустава — виды протезов колена, особенности, цена

Протез колена требуется в крайнем случае, когда разрушенный сустав не восстановить альтернативными способами. Метод заключается в установке импланта в область отсутствующих тканей. Некоторые заболевания буквально разъедают костную ткань, воспаление истончает хрящи, а любая терапия дает лишь временные результаты.

Как выбрать протез

Производители имплантатов предлагают разнообразную продукцию. Однако лишь немногие компании производят качественные эндопротезы.

За несколько месяцев до операции необходимо проконсультироваться с врачом и узнать как можно больше о продукции фирмы, протезами которой пользуется медицинское учреждение.

Кроме того, специалист подберет искусственное колено в соответствии с возрастом и весом пациента.

Качественный протез отвечает следующим требованиям:

  • имеет высокую износостойкость;
  • не стесняет движений;
  • обеспечивает большую амплитуду сгибания;
  • используется минимум 5 лет;
  • отвечает анатомическим особенностям скелета пациента;
  • выполнен из прочных и гипоаллергенных материалов.

Высокотехнологичная продукция зарубежных компаний ценится дороже, чем отечественные эндопротезы. Однако продукция ряда российских производителей пользуется доверием и признанием отечественных хирургов. Стоимость протеза ведущих зарубежных фирм составляет 150000–200000 рублей. Цена отечественной продукции колеблется в пределах 130000–160000 рублей.

Эндопротезы различаются не только ценой, но и конструкцией, материалом, покрытием, типом фиксации. Для людей, ведущих малоактивный образ жизни (как правило, это пенсионеры), подходит эндопротез с фиксированной опорой, изготовленный из полиэтилена. Для молодых пациентов обычно выбирают подвижную подшипниковую конструкцию, обеспечивающую протезу мобильность. В установке этот имплантат сложнее, поэтому требует большого хирургического опыта.

Чаще всего для изготовления коленных протезов используют несколько материалов. Металлические части выполняют из титана или кобальт-хромовых сплавов. Эти металлы прочны, долговечны, не оказывают негативного влияния на организм человека. Пластиковые детали изготавливают из полиэтилена. Этот материал обеспечивает плавную работу металлических частей, повторяет естественные движения колена, способен многократно сжиматься и сгибаться, не теряя формы.

В современных эндопротезах используется 2 основных вида фиксации имплантата с костями. Цементное крепление обеспечивает надежное сцепление искусственной конструкции с биологическим материалом. Подходит для всех видов эндопротезов. Бесцементный тип фиксации требует длительного периода привыкания и восстановления, так как костная масса должна врасти во внутреннюю полость импланта. Бесцементная фиксация не применяется, если у пациента кости коленного сустава находятся в плохом состоянии.

Можно узнать информацию о любом производителе и по фото выбрать коленный эндопротез. Однако лучше отдать предпочтение той искусственной конструкции, с которой привык работать хирург.

Эндопротез коленного сустава и способ изготовления керамического эндопротеза коленного сустава — патент 2110233

Лучшие производители протезов коленного сустава — модели эндопротезов, их характеристики и стоимость

Сегодня лидером продаж эндопротезов для колен является США и Великобритания. Их стоимость варьируется от 110 до 200 тысяч рублей.

Читайте так же:  Опух сустав среднего пальца

Популярными и часто используемыми протезами коленного сустава являются следующие типы:

Протезы фирмы Zimmer (производство США)

Выпускаются в нескольких вариациях. Самыми популярными являются модели

  • LPS-Flex Mobile и LPS-Mobile Gender Solutions;
  • Patello-Femoral Joint.

Первый вариант обеспечивает свободное вращение и сгиб протезированного сустава. Сама суставная поверхность состоит из металлопластиковых элементов, которые присоединяются к концу бедренной кости. Опорная платформа заменяет искусственный хрящевой компонент.

Второй вариант называется мобильным подшипников. Предназначен для физически активных пациентов, при ранней диагностике необратимых деструктивных изменений костно-хрящевой ткани коленного сустава.

При этом второй вариант предполагает гендерные различия — разделение на женские и мужские протезы.

Коленные эндопротезы DePuy Sigma (производство США)

Протезы ДеПью отличаются по нескольким основным видам:

  • Rotating Platform Knees;
  • Fixed-Bearing Knees;
  • High Performance Partial Knee.

В первом случае подразумевается установка подвижной конструкции с опорой на поворотную платформу. Это позволяет обеспечивать полноценную имитацию естественного движения коленного сустава. Конструкция уменьшает или предотвращает дальнейший износ коленного сустава, обеспечивает долговременную эксплуатации. В мире имплантировано до 2% протезов ДеПью, износостойкость которых достигает 20 лет.

Во втором случае, изделие состоит из металла и износостойкого полиэтилена с низким уровнем отторжения. Пятилетняя нагрузка и приживаемость достигает 99%.

Третий вариант создан для активно развитых пациентов, которым требуется максимальная амплитуда сгиба. Кроме того, разрушение коленного сустава должно быть неполным, остаток собственных тканей составляет около 35-40%. Этот протез обеспечивает сидение в позе «йоги», становиться на колени с положения стоя, приседать.

Smith & Nephew OXINIUM (страна-производитель Великобритания)

Британский коленный протез отличается высоким % износостойкости. В состав входит металлический цирконий, который практически не склонен к стиранию, механическим повреждениям, царапанью. Износостойкость достигает 87%, что намного выше прочих кобальт-хромовых материалов.

Видео (кликните для воспроизведения).

Британские коленные протезы имеют высокую стоимость, более 200000 рублей.

Stryker Triathlon (производство США)

Популярная модель Total Knee Replacement System — искусственный сустав, который предназначен для пациентов с активной жизненной позицией. Конструкция обеспечивает максимальное сгибание, расширение, вращение по оси естественного коленного сустава.

Biomet Vanguard (производство США)

Американские коленные эндопротезы анатомически подстраиваются под естественное колено пациента.

Существует несколько популярных видов коленных суставов:

  1. Complete Knee System. После установки отмечается высокая степень сгиба сустава, амплитуда достигает 150 градусов. Существует несколько вариантов различных размеров импланта в соотношении к бедренной кости.
  2. BioMet Oxford Knee. Используется в протезировании коленного сустава у пациентов со срединным (иначе, медиальным) артритом. Составляющими компонентами протеза являются пластиковые подшипники, которые вживляются с одной стороны. Установка этого типа протеза помогает снизить повреждение костно-хрящевой ткани, а клинические испытания показывают почти 95% износостойкости.

Сроки эксплуатации любых коленных протезов зависят от множества факторов. В среднем, эксплуатация коленных протезов достигает 15-25 лет. Лучшие показатели показывают титановые сплавы, металлический цирконий. При учете гарантийного срока важно учитывать вес, возраст, физическую активность пациента.

Отечественные протезы колена сильно уступают зарубежным аналогам. Несмотря на это, стоимость протезов не сильно отличается от импортных. Разница в цене составляет 25-50 тысяч рублей.

Эндопротезирование коленного сустава — серьезная операция, которая гарантирует восстановление суставной подвижности в 95% всех клинических случаев.

До 80% всех пациентов, перенесших протезирование коленного сустава, проживают жизнь без необходимости в дальнейшем перепротезировании.

Загрузка.

Эндопротез коленного сустава и способ изготовления керамического эндопротеза коленного сустава

Изобретение относится к области медицины, в частности травматологии и ортопедии, и может быть использовано для восстановления функции коленного сустава путем эндопротезирования.

Известен протез коленного сустава, позволяющий аксиальную ротацию большеберцового компонента, состоящий из трех компонентов: бедренного, выполненного из металла; большеберцового, изготовленного из высокоплотного полиэтилена; металлического стержня, соединяющего оба компонента и обеспечивающего передне-заднюю и варус-вальгусную стабильность (Attenborough, 1978).

При имплантации протеза первоначально устанавливаются бедренный и большеберцовый компоненты, затем центральный стержень, один конец которого помещается в отверстие в центре большеберцового компонента, а другой, имеющий сферу большего диаметра, чем диаметр стержня, вводится в чашу, расположенную между мыщелками бедренного компонента, образуя шарнирное соединение с постоянным центром вращения. Кривизна мыщелков бедренного компонента уменьшается по направлению кзади, таким образом, если большеберцовый компонент находится в положении сгибания 20 o и более, возможна аксиальная ротация. При полностью разогнутой голени или сгибании не более 20 o аксиальная ротация невозможна.

Недостатками известного протеза являются: постоянный центр вращения большеберцового компонента в сагитальной плоскости исключает скольжение между компонентами, характерное для нормального коленного сустава; при сгибании большеберцового компонента на 20 o и более имеется малая площадь контакта только между сферой центрального стержня и чашей бедренного компонента, большие нагрузки, действующие на эту площадь, способствуют быстрому износу компонентов, перелому центрального стержня; изготовление большеберцового компонента из полиэтилена часто приводит к его усталостным повреждениям; во время имплантации центрального стержня имеются технические трудности, это требует применения специального дополнительного инструментария, большой резекции костной ткани на большеберцовой кости, приводящее к укорочению конечности.

Известен выбранный в качестве прототипа эндопротез коленного сустава из биоинертного материала, в частности титана с антифрикционными трущимися поверхностями, в частности из фторопласта, состоящего из бедренного компонента, включающего в себя стержень, один конец которого приспособлен для крепления в бедренной кости, а другой снабжен платформой с вильчатым креплением для подшипника с ограничением поворота вокруг оси до 180 o ; большеберцовый компонент включает в себя стержень, один конец которого приспособлен для крепления в большеберцовой кости, а другой конец снабжен платформой двумя параллельными мыщелковыми элементами вогнутости. Большеберцовый компонент закреплен на цилиндрическом подшипнике скольжения с помощью стержня, расположенного между вогнутостями, входящего в отверстие в цилиндре (заявка на изобретение (положительное решение) СССР, 4873930/14, 31.08.90).

Материалы протеза-прототипа обладают биоинертностью (титан), хорошими антифрикционными свойствами (фторопласт), однако они отличаются от костного материала по таким свойствам и как вес, теплопроводность, тепловое расширение. Кроме того, титан имеет высокую стоимость, а фторопласт обладает холодной текучестью, ограничивающей срок эксплуатации изготовленных из него деталей.

Сборка компонентов протеза во время операции не представляет трудности, стержень большеберцового компонента вводится в отверстие на подшипнике бедренного компонента при сгибании голени до острого угла. При сниженном тонусе мышц, окружающих коленный сустав, необходимости значительной резекции костной ткани, устранении грубых деформаций сустава в послеоперационном периоде возможна дислокация стержня большеберцового компонента из отверстия подшипника бедренного компонента. Это серьезное осложнение требует дополнительного оперативного лечения. Открытое вправление компонентов эндопротеза в последующем не гарантирует от развития подобного осложнения.

Читайте так же:  Инфекционный бурсит локтевого сустава

Целью изобретения являлось создание протеза коленного сустава, который при обеспечении высокой надежности и биосовместимости, имитируя по функциональным свойствам естественный сустав, обеспечивая условия функционирования мышц и других функциональных элементов, обеспечивал бы замыкание большеберцового компонента в подшипнике бедренного компонента, предотвращая возможность дислокации большеберцового компонента.

Предложенное в соответствии с изобретением выполнение контактирующих поверхностей бедренного и большеберцового компонентов из керамики обусловлено тем, что керамика обладает высокими антифрикционными свойствами, биосовместимостью и по теплопроводности, тепловому расширению, удельной массе и другим свойствам приближается к свойствам кости.

Анализ существующего уровня техники показывает отсутствие аналогов, совокупность признаков которых была бы сходна с совокупностью существенных признаков изобретения. Поэтому заявляемое техническое решение отвечает требованиям критерия «новизна». Объект по изобретению может изготавливаться промышленным способом. При его использовании в медицине обеспечивается описанный выше положительный эффект, поэтому предлагаемое техническое решение удовлетворяет требованиям критерия «промышленной применимости».

Для специалиста изобретение явным образом не следует из существующего уровня техники. Поставленная задача решается оригинальным способом, позволяющим максимально использовать свойства материала, в частности керамики. Поэтому изобретение отвечает требованиям критерия «изобретательского уровня».

На фиг.1 представлен предлагаемый коленный протез, общий вид; на фиг.2 — коленный протез, вид сбоку; на фиг.3 — положение головки стержня большеберцового компонента в канале подшипника, обеспечивающее замыкание большеберцового компонента; на фиг.4 — общий вид большеберцового компонента; на фиг.5 — большеберцовый компонент, вид сбоку; на фиг.6 — замыкающий механизм, вид сверху; на фиг.7 — большеберцовый компонент, вид сверху.

В качестве второго прототипа выбран способ изготовления керамических изделий, включающий в себя подготовку исходных сырьевых материалов, приготовление керамической массы, формование деталей горячим литьем под давлением, высокотемпературную сушку, окончательный обжиг и механическую обработку после обжига.

Известный способ предназначен для изготовления различных деталей и изделий бытовой техники горячим литьем под давлением, позволяет промышленным путем серийно, без значительной последующей механической обработки изготавливать изделия, к которым не предъявляются специфические требования. Изготовленный известным способом эндопротез коленного сустава при испытании на стенде под нагрузками, возможными при практическом пользовании протеза, разрушается.

Целью изобретения является обеспечение необходимых прочностных характеристик для элементов протеза, испытывающих повышенные нагрузки при эксплуатации с максимальным сохранением полезных свойств керамического материала, таких как биосовместимость, антифрикционные свойства.

Механическая обработка заготовки крупнозернистым абразивным инструментом до обжига обеспечивает развитие поверхности за счет загрубления шероховатости поверхности стержня и платформы, не нарушая поверхностного слоя в глубину и сохраняя пористость материала. Это обеспечивает хорошее прорастание в протез костной ткани.

Механическая обработка алмазным инструментом поверхностей трения тороидальных пар обеспечивает получение максимально возможного пятна контакта на активном участке работы протеза (180 — 135 o ), доводку до заданного размера и получение необходимой шероховатости, способствует равномерному распределению давления по трущимся поверхностям и надежному долгосрочному функционированию эндопротеза.

Двуступенчатая термостабилизация после термической обработки обеспечивает снятие возникающих при воздействии температур напряжений, снижающих прочностные характеристики и являющихся причиной разрушения протеза при нагрузках. Термостабилизация после окончательной механической обработки обеспечивает снятие напряжений, возникающих в материале эндопротеза в результате воздействия процесса механической обработки. Контроль на соответствие номинальной величине напряженности материала дает гарантию обработки изделий, подверженных разрушению при эксплуатации, что очень важно для такого специфического объекта, как эндопротез.

Анализ существующего уровня техники показывает отсутствие аналогов, совокупность признаков которых была бы сходна с совокупностью существенных признаков изобретения. Поэтому заявляемое техническое решение отвечает требованиям критерия «новизна».

Предлагаемый способ предназначен для серийного изготовления изделий промышленным путем, при его использовании достигается описанный выше положительный эффект. Поэтому предлагаемое техническое решение отвечает требованиям критерия «промышленной применяемости».

Сущность технического решение рассматривается на примере его выполнения.

Глинозем (ГЛМК) подвергали обработке в водной среде в шаровой мельнице до тонины 9,5 — 10,0 см г/г, подсушивали при температуре 100 + 5 o C, прокаливали при температуре 600 + 20 o C и смешивали в гомогенизаторе с органической связкой, содержащей параформ. Формование выполняли методом горячего литья под давлением на литьевой машине 06ФКЛ100.020. Заготовки подвяливали и сушили при температуре 100 + 5 o C. Дообжиговая механическая обработка заключалась в загрублении шероховатости поверхностей стержня и платформы, контактируемых с костной тканью, с помощью крупнозернистого абразивного инструмента. Затем заготовку подвергали обжигу по известному режиму до температуры 1720 — 20 o C с последующим термостабилизирующим отжигом в вакуумной и атмосферных средах. Послеотжиговая механическая обработка заключалась в шлифовке до заданных размеров и доводке с последующей полировкой поверхностей трения тороидальных пар. После этого повторная двухступенчатая термостабилизация и контроль напряженности материала. При этом номинальные величины напряжений определяли опытным путем — испытанием опытных образцов на стенде до разрушения.

1. Эндопротез коленного сустава из биосовместимого материала с антифрикционными поверхностями, состоящий из бедренного и большеберцового компонентов, которые включают стержень для фиксации в кости и платформу с шарниром, отличающийся тем, что протез выполнен цельнокерамическим, шарнир имеет замыкающийся механизм, образованный пересекающимися под углом 45 o торцом головки стрежня большеберцового компонента и дном прямоугольного входного отверстия в цилиндрическую полость шарнира, причем меньшие расстояния между сторонами прямоугольного отверстия и лысками равны диаметру шейки стрежня, а угол пересечения исключает размыкание большеберцового компонента.

2. Способ изготовления керамического эндопротеза коленного сустава, включающий в себя подготовку исходных материалов, приготовление керамической массы, формирование заготовки горячим литьем под давлением, высокотемпературную сушку, дообжиговую механическую обработку, обжиг, термическую и послеобжиговую механическую обработку, отличающийся тем, что при дообжиговой механической обработке производят загрубление шероховатости поверхностей, контактирующих с костной тканью, в частности стержня и платформы, при послеобжиговой механической обработке производят шлифовку и доводку элементов эндопротеза до заданного размера и полировку поверхностей трения тороидальных пар, после термической обработки заготовку подвергают двухступенчатой термостабилизации в вакууме и в атмосферной среде, после окончательной послеобжиговой механической обработки проводят повторную термостабилизацию для снятия внутреннего напряжения с контролем на соответствие номинальной величине напряженности материала.

Читайте так же:  Лечение локтевого сустава

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что подвергаемые окончательному обжигу бедренный и большеберцовый компоненты устанавливаются вертикально на специальной подставке, причем бедренный компонент имеет предварительно подогнанные тороидальные поверхности с сопрягаемыми поверхностями большеберцового компонента, что обеспечивает максимально возможное совмещение поверхностей при окончательном обжиге деталей и облегчает последующие операции совместной притирки поверхностей при механической обработке, в качестве разделительной среды между компонентами используется электрокорундовый порошок.

Эндопротез коленного сустава и способ изготовления керамического эндопротеза коленного сустава

Изобретение относится к медицине, в частности травматологии и ортопедии, и может быть использовано для восстановления функции коленного сустава путем эндопротезирования.

Известен протез сустава, состоящий из бедренного, изготовленного из виталиума, и большеберцового, изготовленного из высокомолекулярного ультраплотного полиэтилена, компонентов. Протез позволяет при показаниях замену надколенника протезом, изготовленным из полиэтилена. Бедренный компонент состоит из двух мыщелковых частей, которые соединены между собой коробчатой мыщелковой секцией, впереди находится фланец для сочленения с надколенником. Большеберцовый компонент содержит пластинчатую платформу, на верхней поверхности которой на расстоянии одна от другой выполнены две боковые вогнутости. В каждую вогнутость входит соответствующая мыщелковая часть бедренного компонента. Вверх от платформы отходит расположенная между вогнутостями стойка, входящая в межмыщелковую секцию бедренного компонента, которая ограничена боковыми стенками. В заднем конце верхней стенки смонтирован кулачковый следящий механизм с выпуклой в поперечной плоскости упорной поверхностью [1].

Недостатками известного протеза являются материалы, из которых изготовлены компоненты. Пара трения металл-полиэтилен обладает антифрикционными свойствами, но в коленном суставе возникают значительные нагрузки, которые приводят к износу сочленяющих поверхностей, из-за больших размеров гранул продукты износа не могут утилизироваться макрофагами, что чревато развитием так называемой «полиэтиленовой болезни», приводящей к расшатыванию компонентов протеза. При имплантации протеза удаляются крестообразные связки, их функция возлагается на задний стабилизирующий механизм, который предохраняя голень от смещения кзади, препятствует ее ротации, что приводит к возникновению пиков нагрузок между сочленяющимися поверхностями и нарушает стабильность фиксации протеза в кости. При замещении надколенника развиваются осложнения, такие, как асептический некроз, переломы надколенника, расшатывание протеза, разрывы связки надколенника. В случае незамещения надколенника суставной хрящ при трении о металл эрозируется.

Известен протез сустава со скольжением, выполненный из биосовместимого материла с хорошими антифрикционными свойствами, в частности из керамики, состоящего из охватываемого и охватывающего компонентов. Каждый из компонентов имеет штифт для крепления в соответствующей кости и соединенную со штифтом платформу. Охватываемый компонент имеет по крайней мере две сферические поверхности, соосные с восстанавливаемым суставом. Охватываемый компонент имеет полусферические углубления в том же количестве, с таким же общим радиусом в поперечном сечении, как и сферические зоны. Каждое углубление является седлом для охватываемого элемента [2].

Конструкцией предусмотрено сохранение крестообразных связок.

Недостатками известного протеза является то, что сочленяющиеся поверхности не в полной мере повторяют анатомию нормального коленного сустава, которая характеризуется асимметрией медиального и латерального мыщелков, поэтому возникает несоответствие между траекторией движения сочленяющихся поверхностей и неравномерным натяжением крестообразных связок, следствием чего являются соударение между суставными поверхностями, возникновение разновеликих нагрузок, приводящих к расшатыванию компонентов протеза. Взаимодействие суставного хряща надколенника с фланцем на передней поверхности бедренного компонента приводит к эрозии хряща.

Целью изобретения является создание эндопротеза коленного сустава, который при обеспечении высокой надежности и биосовместимости обеспечивает функциональные свойства, характерные для естественного сустава, и физиологические условия для функции мышц, связок и других анатомических структур, окружающих сустав.

Поставленная цель достигается тем, что в протезе, состоящем из бедренного компонента, включающего платформу и короткий внутрикостный стержень (ножку), который служит для крепления в переднем отделе дистального метафиза бедренной кости, при сохранении феморо-пателлярного сустава интактным за счет нижнего торца платформы и ножки увеличивается площадь контакта протеза с костью, что обеспечивает равномерное распределение нагрузок и стабильное положение протеза в кости. При фиксации протеза не нарушается целостность костномозговой полости, не повреждаются эндостальные сосуды, не страдает кровоснабжение бедренной кости.

Суставная поверхность бедренного компонента выполнена в виде асимметричных мыщелковых выступов тороидальной формы с расположенным между ними углублением для размещения в нем клиновидного упора большеберцового компонента при разгибании сустава. На мыщелках большеберцового компонента в направлении сгибания выполнены ответные канавки тороидальной формы постоянного радиуса кривизны в отличие от выступов бедренного компонента, у которого радиус кривизны выступов уменьшается кзади.

В направлении перпендикулярно сгибанию радиус тороидальных канавок большеберцового компонента увеличивается, что в сочетании с уменьшающимся радиусом кривизны выступов бедренного компонента обеспечивает ротацию большеберцового компонента при сгибании в пределах +15 o .

Медиальные и латеральные компоненты бедренного и большеберцового компонентов соединены между собой перемычками, располагающимися при установке протеза спереди от межмыщелкового возвышения, оставляя его интактным вместе с прикрепляющимися крестообразными связками.

Выполнение тороидальных выпуклостей и различный радиус кривизны канавок тороидальной формы позволяет в процессе разгибания суживать зазор между контактирующими поверхностями эндопротеза и, таким образом, постепенно уменьшать угол ротации большеберцового компонента по продольной оси голени, доводя его до нуля при полном разгибании. Наличие асимметрии мыщелков бедра обеспечивает постоянное натяжение крестообразных связок, благодаря которому сочленяющиеся поверхности удерживаются в постоянном контакте, пятно контакта может быть больше или меньше в зависимости от угла сгибания. Между сочленяющимися поверхностями за счет совпадения радиуса кривизны поверхностей и чистоты обработки образуется гидравлический слой, обладающий присасывающим действием, который предохраняет поверхности от чрезмерного износа и способствует амортизации при передаче нагрузок.

Изготовление протеза цельнокерамическим обеспечивает его высокую биосовместимость. Пара трения «керамика-керамика» обладает высокими антифрикционными свойствами.

Анализ существующего уровня техники показывает отсутствие аналогов, совокупность признаков которых была бы сходна с совокупностью существенных признаков изобретения. Поэтому заявляемое техническое решение отвечает требованиям критерия «новизна». Объект по изобретению может изготавливаться промышленным способом. При его использовании в медицине обеспечивается вышеописанный положительный эффект, поэтому предлагаемое техническое решение удовлетворяет требованиям критерия «промышленная применимость». Для специалиста изобретение явным образом не следует из существующего уровня техники. Поставленная задача решается оригинальным способом, позволяющим максимально использовать свойства материала, в частности корундовой керамики, поэтому изобретение отвечает требованиям критерия «изобретательский уровень».

Читайте так же:  Боль в коленном суставе сбоку внешней стороны

На фиг. 1 показан протез, вид сзади; на фиг. 2 — то же, вид сбоку; на фиг. 3 — бедренный компонент, вид сверху; на фиг. 4 — протез, вид спереди.

Протез коленного сустава состоит из бедренного компонента 1, включающего в себя внутрикостный стержень 2, предназначенный для крепления в метафизе бедра, соединенный с платформой, представленной асимметричными латеральным 3 и медиальным 4 мыщелками, перемычкой 5 и углублением 6 для клиновидного упора большеберцового компонента. Большеберцовый компонент 7 состоит из внутрикостного стержня 8 с ребрами жесткости 9, предназначенного для увеличения прочности и предотвращения ротационных смещений, клиновидного упора 10 и платформы 11.

В качестве второго прототипа выбран способ изготовления керамических изделий, включающий подготовку исходных сырьевых материалов, приготовление керамической массы, формование деталей горячим литьем под давлением, высокотемпературную сушку, окончательный обжиг и механическую обработку после обжига [3].

Цель изобретения — обеспечение необходимых прочностных характеристик для элементов протеза, испытывающих повышенные нагрузки при эксплуатации с максимальным сохранением полезных свойств керамического материала.

В соответствии с изобретением при дообжиговой механической обработке производят загрубление шероховатости поверхностей протеза, имплантируемых в губчатую и кортикальную костную ткань, в частности стержня и платформы, при послеобжиговой механической обработке производят шлифовку до заданного размера и полировку поверхностей трения тороидальных пар. После термической обработки заготовку подвергают двухступенчатой термостабилизации в вакууме и атмосферной среде, после окончательной послеобжиговой механической обработке производят повторную термостабилизацию с контролем на соответствие номинальной величины напряженности материала. При этом дообжиговую механическую обработку производят твердозакрепленным крупнозернистым абразивным инструментом, а окончательную обработку после обжига — твердозакрепленным и свободным алмазным инструментом, алмазными кругами и пастами. Номинальную величину напряженности определят опытным путем — испытанием опытных образцов на стенде до разрушения.

Механическая обработка заготовки крупнозернистым абразивным инструментом до обжига обеспечивает развитие поверхности за счет загрубления шероховатости стержня и платформы, не нарушая поверхностного слоя в глубину и сохраняя пористость материала. Это обеспечивает хорошее прорастание в протез костной ткани.

Механическая обработка алмазным инструментом поверхностей трения тороидальных пар обеспечивает получение максимально возможного пятна контакта на активном участке работы протеза (180 — 135 o ), доводку до заданного размера и получение необходимой шероховатости, что способствует равномерному распределению давления по трущимся поверхностям и надежной долгосрочной продолжительности функционирования эндопротеза.

Двухступенчатая термостабилизация после термической обработки обеспечивает снятие возникающих при воздействии температур напряжений, снижающих прочностные характеристики, что может являться причиной разрушения протеза при нагрузках. Термостабилизация после окончательной механической обработки обеспечивает снятие напряжений, возникающих в материале эндопротеза в ее результате. Контроль на соответствие номинальной величине напряженности материла дает гарантию обработки изделий, подверженных разрушению при эксплуатации, что очень важно для такого специфического изделия, как эндопротез.

Анализ существующего уровня техники показывает отсутствие аналогов, совокупность признаков которых была бы сходна с совокупностью существенных признаков изобретения. Поэтому заявляемое техническое решение отвечает требованиям критерия «новизна».

Предлагаемый способ предназначен для серийного изготовления изделий промышленным путем. При его использовании достигается описанный положительный эффект. Поэтому предлагаемое техническое решение отвечает требованиям критерия «промышленная применимость».

Сущность технического решения рассматривается на примере его выполнения.

Глинозем (ГЛМК) подвергали обработке в водной среде в шаровой мельнице до тонины 9,5 — 10,0 см г/г, просушивали при 100-5 o C, прокаливали при 600 — 20 o C и смешивали в гомогенезаторе с органической связкой с содержанием параформа. Формование выполняли методом горячего литья под давлением на литьевой машине 06ФКЛ100.020. Заготовки подвяливали и сушили при 100 — 5 o C. Дообжиговая механическая обработка заключалась в загрублении шероховатости поверхностей стержня и платформы, контактирующих с костной тканью после имплантации, с помощью крупнозернистого абразивного инструмента. Затем заготовку подвергали обжигу по известному режиму до 1720 — 20 o C с последующим термостабилизирующим отжигом в вакуумной и атмосферной средах. Послеотжиговая механическая обработка заключалась в доводке до заданных размеров с последующей полировкой поверхностей трения тороидальных пар. После этого производились повторная двухступенчатая термостабилизация и контроль напряженности материала. При этом номинальные величины напряжений определяли опытным путем — испытанием опытных образцов на стенде разрушения.

1. Эндопротез коленного сустава, выполненный из керамики и состоящий из бедренного и большеберцового компонентов, включающих внутрикостные стержни с платформами, сопрягаемые поверхности которых имеют форму мыщелковых элементов, отличающийся тем, что большеберцовый компонент имеет клиновидный упор, расположенный между мыщелковыми элементами, для которого между асимметричными мыщелками бедренного компонента выполнено углубление, при этом на продольной поверхности мыщелковых элементов бедренного компонента выполнены выступы тороидальной формы, а на мыщелках большеберцового компонента выполнены ответные канавки тороидальной формы, причем радиус выступов уменьшается в направлении сгибания, а радиус кривизны канавок увеличивается в перпендикулярном сгибанию направлении.

2. Способ изготовления керамического эндопротеза коленного сустава, включающий в себя подготовку исходных материалов, приготовление керамической массы, формование заготовки горячим литьем под давлением, высокотемпературную сушку, дообжиговую механическую обработку, отличающийся тем, что при дообжиговой механической обработке производят загрубление шероховатости поверхностей, контактирующих с костной тканью, в частности стержня и платформы, при послеобжиговой механической обработке производят шлифовку и доводку элементов эндопротеза до заданного размера и полировку поверхностей трения тороидальных пар, после термической обработки заготовку подвергают двухступенчатой термостабилизации в вакууме и в атмосферной среде, после окончательной послеобжиговой механической обработки проводят повторную термостабилизацию для снятия внутреннего напряжения с контролем на соответствие номинальной величине напряженности материала.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что дообжиговую механическую обработку производят твердозакрепленным крупнозернистым абразивным инструментом, а послеотжиговую механическую обработку — твердозакрепленным и свободным алмазным инструментом.

Видео (кликните для воспроизведения).

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что номинальную величину напряженности определяют опытным путем — испытанием опытных образцов на стенде на разрушение.

Источники

Керамический эндопротез коленного сустава
Оценка 5 проголосовавших: 1

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here